VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В связи с быстрым истощением природных ресурсов нефти, газа и угля возрастает интерес к использованию биологических возобновляемых ресурсов (биомассе) для получения новых видов возобновляемых источников энергии. Использование в качестве вторичного сырья целлюлозосодержащие (промышленные, бытовые, пищевые) отходы для получения возобновляемых источников энергии наиболее перспективное направление, так как позволит не только решить экологические проблемы, но и расширить ассортимент полезных продуктов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве.

В России ежегодно накапливается до 300 млн. тонн целлюлозосодержащих промышленных (гидролизный лигнин), сельскохозяйственных (солома, стебли, жмых, плодовые косточки, ореховая скорлупа и другие), а также до 50 млн. т бытовых органических отходов (бумага, картон), которые в естественных условиях разлагаются в течение длительного периода времени и являются потенциальными источниками сырья.

В настоящее время во многих станах (Бразилии, Китае, Индии, Швеции, Германии, США, Канаде) внедрены в производство инновационные технологии по переработке целлюлозосодержащих отходов. Для этой цели используют термический (пиролиз), химический (гидролиз), биологический (биоконверсия) либо комбинированные способы [1, 2, 3].

Преимущество биоконверсии связаны с простотой генома, легкой его адаптации и лабильности в среде обитания, высокой скорости протекания ферментативных реакций при низких температурах (20…60⁰С) и наращивания клеточной массы.

Недостатком этого метода является подготовка сырья для деструкции лигнина, низкая рентабельность ферментативного гидролиза.

Для оптимизации утилизации целлюлозосодержащих отходов необходимо разработать методологию получения возобновляемых энергетических ресурсов, в основе которой должны лежать принципы энергоемкости, рациональности, доступности, стабильности показателей качества, стандартизации.

При биоконверсии биомассы биополимеры подвергаются деструкции с образованием промежуточных мономеров, которые в свободном активном состоянии вовлекаются в геохимический круговорот веществ (Рис. 1).

Рис. 1. Модель трансформации биомассы в гумус

В соответствии с представленной схемой анаэробное сбраживание твердых бытовых отходов представляется как двухфазный процесс, включающий фазы кислотообразования и метанообразования [4]. В первой стадии около 76 % органических веществ переходит в высшие жирные кислоты, до 20 % — в ацетат и 4 % — в водород. Первую фазу можно разбить, в свою очередь, на фазы гидролиза и ацидогенеза (кислотообразования). Далее следуют процессы образования из высших жирных кислот ацетата - 52 % и водорода - 24 %. В фазе метанообразования метаногенные бактерии образуют метан, из ацетата - 72 % и из водорода - 28 % . Соотношение промежуточных и конечных продуктов в процессе метанового брожения зависит от состава среды, условий ферментации и присутствующей микрофлоры. Реакции образования метана идут двумя путями [5]:

1. Восстановление метальной группы уксусной кислоты и метилового спирта.

2. Восстановление диоксида углерода,

при этом брутто реакция процесса образования метана имеет вид

СО2+4 Н2А→СН4↑+4А+2 Н2О

По результатам теоретических исследованийразработана модель анаэробного разложения твердых бытовых отходов, реализация которой позволяет расчетным путем оценить материальный баланс потоков процесса биоконверсии; разработать научно-обоснованные оценки эффективности биоконверсии отходов с целью получения биогаза.

Литература

1 Громова Е.А., Салова Т.Ю. Разработка метода биоконверсии твердых отходов для получения возобновляемых энергетических ресурсов // Известия СПбГАУ СПб, № 27, 2012, с. 307-311.

2 Громова Е.А., Громова Н.Ю. Теоретические аспекты биоконверсии целлюлозосодержащих отходов // Известия международной академии аграрного образования. СПб.: СПбГАУ, 2013 с.113-116.

3 Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Факторы, влияющие на производство биогаза // Сб. научн. трудов межд. научно-практич. конф. «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования». СПб.: СПбГАУ с.399-341.

4 Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Способ получения гумифицированной почвы // Патент РФ № 2508281 от 27.11.2013

5 Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Моделирование процесса биоконверсии твердых отходов и получения биогаза // Известия международной академии аграрного образования. СПб.: СПбГАУ № 19. 2013. - с.25-31.

3

Код для цитирования: Скопировать